Aidez-moi SVP théorie des bandes

[invited0b6d29f]

Bonjour tout le monde et merci de bien vouloir me répondre

Voila chaque atome à son nuage d'electrons et la dernière bande s'appele la bande de valance et c'est d'elle que dépend la conductivité des matériau sauf je suis dans l'erreur. Ben appart ça je pige rien d'autre, j'ai juste vu que le gap dans les isolant étant grand et qu'il était dans moyen dans un semi-conducteur et quasi-null dans un conducteur ma question se pose sur le comment et qu'est-ce qui influence tout ça.

Je sais aussi que les électrons sont réparti en couche mais qu'est-ce qui fait que tel matériau soit conducteur est ait un gap quasi-null et un autre soit tantot isolant tantot semi-conducteur .

Et Merci pour vos réponses.
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[invite810f6b42]

le "gap" représente l'énergie qu il faut apporter à un électron pour le faire passer de la couche de valence dans la couche de conduction.
Plus le gap est grand et plus il faudra apporter d'énergie à l'électron pour le faire changer de bande.
Pour les matériaux isolants, tu as donc un différentiel d'énergie important entre la couche de valence et la couche de conduction, donc un gap important, alors que pour les matériaux métalliques (bon conducteurs), le gap est nul ou très faible.

Les matériaux semiconducteurs présentent une situation intermédiaire. le gap est "moyen" ce qui fait que dans certaines conditions le matériaux aura plutot un comportement isolant et que dans d'autres conditions de sollicitation énergétique, il se comportera plutot comme un conducteur.

J'espère avoir répondu à tes interrogations.

sinon regarde sur internet, il y a beaucoup d'informations très intéressantes la dessus. Regarde de préférence les semiconducteurs, ca t'aidera à comprendre tous les cas que j'ai explicité cidessus

Bonne continuation

[invite1acecc80]

Bonjour,

Je suis désolé cocosinus, mais si tu m'expliquais la conduction électrique des différents matériaux comme ça, je répondrais que c'est fumeux
(je sais qu'on nous l'apprend comme ça en prépa/université quand on fait la théorie des bandes mais bon il y a des arguments qui sont sautés vite fait...)
Comprendre le phénomène de conduction électrique seulement avec la bande d'un matériau n'est pas possible! (pour vous dire c'est très complexe!)

Je vais essayer de donner une explication physique avec les mains. On peut critiquer mais bon, comme je ne connais pas le niveau de billyxz...

J'ai besoin de en gros trois choses:
la relation phénoménologique:


reliant le courant électrique au champ électrique.

la relation:



reliant le champ électrique au potentiel électrique.

et enfin, un peu de thermo:

le potentiel électrochimique,



avec q la charge des porteurs (ici les électrons) et V le potentiel électrique.

On imagine maintenant, un matériau parallélipédique auquel on branche un générateur de courant sur deux faces opposées.
Le générateur exerce une différence de potentiel V entre les deux faces du matériau (on prendra V pour une face et 0 pour l'autre face) . Ces deux faces sont séparées par une distance L.

Maintenant regardons la bande du matériau en question:

Si c'est un conducteur: l'énergie de Fermi (qui correspond au potentiel électrochimique du matériau à tension nulle) est dans une bande. Le potentiel électrochimique (ou énergie de Fermi) sépare les états "remplis" des états "vide" dans une bande.

Remarque: un conducteur n'a pas de "gap".

Si c'est un semiconducteur( je me limite au conducteur intrinsèque):
l'énergie de fermi est dans au milieu du gap qui sépare une bande de conduction d'une bande de valence.

Si c'est un isolant: c'est identique au semiconducteur, la seule différence est la valeur du gap.

Remarquons une chose, s'il n'y a pas de tension électrique entre les faces du matériau, le potentiel électrochimique se confond avec le potentiel chimique. Dans ce cas, l'ensemble du matériau est à l'équilibre et le potentiel chimique de l'une des faces est égale à celle de l'autre.

Maintenant, une des faces à une tension V, dans ce cas son potentiel électrochimique vaut:


avec l'énergie de Fermi.


l'autre face,à son potentiel électrochimique égale à l'énergie de Fermi (puisque V=0).
On remarque que le système n'est plus à l'équilibre puisque les potentiels électrochimiques n'ont pas la même valeur. Le système va vouloir tendre vers un état d'équilibre ; mais comment? Grace au courant de conduction.

en effet:



d'où:



Cependant le comportement de conduction va dépendre du type de matériau:

Pour un conducteur: j sera tout le temps non nul car quand on monte V, on est toujours dans une bande permise que les électrons peuvent occuper.

Pour un semiconducteur: ça dépend de V, si qV est plus petit que l'énergie du gap alors, les électrons ne peuvent occuper d' états entre le potentiel électrochimique et la bande de valence. Ils resteront dans la bande de valence à la même énergie. il n'y aura donc pas de courant.
Si qV est plus grand que la valeur du gap, alors les électrons peuvent atteindre des états de la bande de conduction et ainsi conduire le courant.

Pour un isolant: la valeur du gap est tellement grande que qV n'atteint jamais la bande de conduction, il n'y a pas de courant.

Voilà, j'espère que ça ressemble à quelquechose...

A plus.

[invite810f6b42]

Astérion je suis d'accord avec toi. Mes explications n'étaient que très succintes et avaient juste pour but de faire comprendre le principe global des phénomènes de conduction.

Comme tu l'as dit toi même on ne connaît pas le niveau de billyxz. Mon but était de banaliser le problème afin qu'il puisse comprendre un peu mieu le phénomène s'il lui manque des connaissance point de vue énergie ou d'orienter ses recherches s'il veut des infos supplémentaires.

Mais une fois encore je suis d'accord. les informations que j'ai fournit ne sont pas suffisantes pour expliciter le phénomène

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite810f6b42]

finalement astérion, après avoir parcouru tes explications, je m'aperçois que tu n'en a guère plus donné que moi. tu t'es juste appuyé sur qq équations supplémentaires. sinon les explications sont les mêmes les équations en moins

[invite1acecc80]

Re,

finalement astérion, après avoir parcouru tes explications, je m'aperçois que tu n'en a guère plus donné que moi. tu t'es juste appuyé sur qq équations supplémentaires. sinon les explications sont les mêmes les équations en moins

J'ai dis que c'était une tentative d'explication. Je l'ai tenté car dans ton post, il y a des choses très floues:

Il y a des nuances, que tu n'expliques pas...
Faire sauter des électrons "dans la bande de conduction" pour un semi-conducteur ne provoque surement pas un transport de charge!
Pour que les charges se déplacent, il faut un déséquilible au sein du matériau!
Le phénomène de conduction électrique n'est pas un phénomène d'équilibre!
Je peux te donner un exemple, les transistors, à la jonction métal-isolant-semiconducteur. Tu peux, en augmentant la tension du métal, modifier la densité de porteurs dans le semi-conducteur (le faire passer "d'isolant" à "conducteur"). Mais, ce n'est pas suffisant, pour qu'il y est courant, il faut un déséquilibre de charges dans le semi-con.

D'ailleurs, un autre point contestable, tu dis que le comportement de conduction dépend seulement du gap, ce qui n'est pas juste!
Ce qui est important est le gap et la position de l'énergie de Fermi vis à vis de ce gap. Exemple les semi-con intrinsèques et extrinsèques.

Egalement, "tu parles de solicitations énergétiques" mais tu ne dis pas comment...Si je réfléchis un peu, le seul moyen est d'exciter les électrons pour leur faire une transistion, mais alors comment fais-tu avec une source de tension continue?

Au final, tout ce que tu dis, on me l'a enseigné ainsi...Le problème est que si tu réfléchis un peu, les explications posent plus de questions qu'elles n'en résolvent.

A plus.

[invite810f6b42]

je pense que ce n'est pas négatif de susciter des questions. c'est justement ça qui permet d'accroitre la curiosité scientifique de chacun. apres libre a chacun de faire des recherches, de chercher a repondre aux questions.

on ne retient jamais mieux que lorsqu on fait la demarche de chercher par soi meme